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JP6180096B2 - 改善された顔料分散性を有する光起電力モジュール用の裏面シート - Google Patents

改善された顔料分散性を有する光起電力モジュール用の裏面シート Download PDF

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JP6180096B2
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Description

本発明は、改善された顔料分散性もしくは充填剤分散性を有するポリアミドを含むソーラーモジュール用の裏面カバーとしての多層シートに関する。
ソーラーモジュールは、しばしば光起電力モジュールとも呼ばれ、太陽光から電気的エネルギーを生成するために用いられ、コア層としてソーラーセルシステムを含む積層体からなる。このコア層は、被包材料で取り囲まれており、その材料は、機械的影響及び天候による影響に対する保護として用いられる。
アクティブなソーラーセルは、この場合、前面カバーと裏面カバーとの間に存在する。前面カバーは、透光性であって、一般にはガラスからなり、該カバーは、しばしばエチレン−酢酸ビニルコポリマーからなる付着媒介層(Haftvermittlerschicht)によって、ソーラーセルを含む層と結合されている。裏面カバーは、電気的な遮蔽を保証し、かつ紫外光などの天候による影響に対する保護として、かつ湿分バリヤとして用いられる。
裏面カバーのためには、目下、標準的には、フルオロポリマーシートとポリエステルとからなる複合シートが使用される。外側のフルオロポリマーシートは、その際に、耐候性を保証し、ポリエステルシートは、機械的安定性と、所望の電気的絶縁特性を保証する。内側の更なるフルオロポリマーシートは、ソーラーセルシステムのシール層への結合のために用いられる。しかしながら、かかるフルオロポリマーシートは、ソーラーセル自体のための埋め込み材料として使用されるシール層に対してわずかな付着性しか有さない。更に、フルオロポリマーシートは、副次的な規模でしか電気的絶縁性に寄与せず、そのため、比較的厚いポリエステルシートを使用する必要性が生じる。
WO2008138022号において、従って、かかる結合に際して、2つのフルオロポリマーシートを、ポリアミド12(PA12)からなるシートと取り替えることが提案されている。この一実施態様で、WO2011066595号においては、ソーラーセルに向かい合った熱可塑性樹脂層が、二酸化チタンなどの光反射性の充填剤を含有し、その一方で、ソーラーセルと反対を向いた熱可塑性樹脂層は、この層のより高い伝熱性をもたらす、ガラス繊維、ウォラストナイトもしくは雲母などの第二の充填剤を含有することが提案される。例示される熱可塑性樹脂は、ポリアミド、ポリエステルもしくはポリアミドとポリオレフィンからなるブレンドの群に由来する。明示的には、PA11、PA12及びPA1010並びにそれらのポリオレフィンとのブレンドが挙げられる。
かかる光起電力モジュールにおいては、光反射性の充填剤の分布が特に重要になる。ここで、反射度と同時にソーラーセルの電流効率は、分散度の向上とともに高まる。更に、その分布のよさは、同時に裏面シートの表面品質に影響する。そのことは、実際のソーラーセルに対向した方と、外側に見える方の、裏面カバーの一般に純粋にポリアミドを基礎とする層において非常に重要である。それというのも、ここでは、層厚が僅かであるため、顔料の凝塊が特に著しいからである。
WO2008138022号 WO2011066595号
従って、本発明の課題は、光起電力モジュールの裏面シートの両方の外側層において、改善された顔料分散性もしくは充填剤分散性を達成することである。
驚くべきことに、前記課題は、ポリエーテルエステルアミドもしくはポリエーテルアミドの種類のポリアミドエラストマーを使用することによって解決できることが判明した。
従って、本発明の対象は、以下の層:
a)成形材料からなる第一の外側層であって、該成形材料が、
I. 少なくとも35質量%の、好ましくは少なくとも40質量%の、特に好ましくは少なくとも45質量%の、殊に好ましくは少なくとも50質量%の、より特に好ましくは少なくとも55質量%のポリアミド割合と、
II. 1〜65質量%の、好ましくは2〜60質量%の、特に好ましくは3〜55質量%の、殊に好ましくは4〜50質量%の、より特に好ましくは5〜45質量%の光反射性の充填剤割合と、
を含む前記層と、
b)任意に、熱可塑性成形材料からなる中間層と、
c)成形材料からなる第二の外側層であって、該成形材料が、
I. 少なくとも35質量%の、好ましくは少なくとも40質量%の、特に好ましくは少なくとも45質量%の、殊に好ましくは少なくとも50質量%の、より特に好ましくは少なくとも55質量%のポリアミド割合と、
II. 1〜65質量%の、好ましくは2〜60質量%の、特に好ましくは3〜55質量%の、殊に好ましくは4〜50質量%の、より特に好ましくは5〜45質量%の充填剤割合と、
を有する前記層と、
を有するシートにおいて、前記のパーセント表記は、それぞれ全成形材料に対するものであり、かつ複合シートの改質は、前記a)の層の成形材料において、及び/又は前記c)の層の成形材料において、ポリアミド成分として、ポリエーテルエステルアミド及びポリエーテルアミドから選択されるポリアミドエラストマーを、前記a)の層の成形材料及び/又は前記c)の成形材料が、1〜25質量%の、好ましくは2〜20質量%の、特に好ましくは4〜20質量%のポリアミドエラストマーを含有するように使用することによって行われる前記シートである。
好ましくは、この場合に、前記a)の層と、前記b)の層と、前記c)の層とは、順次、直接重なり合っている。更に、前記a)の層も前記c)の層もポリアミドエラストマーを含有することが好ましい。更に、多くの場合に、前記a)とb)の層間の及び/又は前記b)とc)の層間の層付着性の改善のために、付着媒介層が取り付けられていてよい。
前記ポリアミドは、部分晶質ポリアミド、例えばPA6、PA66、PA610、PA612、PA10、PA810、PA106、PA1010、PA11、PA1011、PA1012、PA1210、PA1212、PA814、PA1014、PA618、PA512、PA613、PA813、PA914、PA1015、PA11、PA12などのポリアミド又は部分芳香族ポリアミド、いわゆるポリフタルアミド(PPA)であってよい。(ポリアミドの符号は国際規格に相応しており、その際、1つ以上の最初の数字は出発ジアミンのC原子数を示し、1つ以上の最後の数字はジカルボン酸のC原子数を示す。数字が1つだけ挙げられている場合、これは、α,ω−アミノカルボン酸から、もしくはα,ω−アミノカルボン酸から誘導されたラクタムから出発していることを意味し;その他の点はH.Domininghaus,Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften,第272頁以降,VDI−Verlag,1976を参照のこと)。
好適なPPAは、例えばPA66/6T、PA6/6T、PA6T/MPMDT(MPMDは、2−メチルペンタメチレンジアミンを表す)、PA9T、PA10T、PA11T、PA12T、PA14T並びに最後のタイプと、脂肪族ジアミンと脂肪族ジカルボン酸との又はω−アミノカルボン酸もしくはラクタムとの共重縮合物である。部分晶質ポリアミドは、ISO 11357によるDSC法で2回目の昇温時に融解ピークの積分により測定される25J/gより高い溶融エンタルピーを有する。
しかしながら、そのポリアミドは、半晶質のポリアミドであってもよい。半晶質ポリアミドは、ISO 11357によるDSC法で2回目の昇温時に融解ピークの積分により測定される4〜25J/gの溶融エンタルピーを有する。好適な半晶質ポリアミドのための例は、
− 1,10−デカン二酸もしくは1,12−ドデカン二酸と4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタンとからなるポリアミド(PA PACM10及びPA PACM12)であって、35〜65%のトランス,トランス−異性体割合を有する4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタンに由来するもの;
− 上述の部分晶質ポリアミドを基礎とするコポリマー;並びに
− 上述の部分晶質ポリアミドと、それと相容性の非晶質ポリアミドとからなるブレンド
である。
そのポリアミドは、非晶質のポリアミドであってもよい。非晶質ポリアミドは、ISO 11357によるDSC法で2回目の昇温時に融解ピークの積分により測定される4J/gより低い溶融エンタルピーを有する。非晶質ポリアミドのための例は、
− テレフタル酸及び/又はイソフタル酸と、2,2,4−及び2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミンからなる異性体混合物とからのポリアミド、
− イソフタル酸と1,6−ヘキサメチレンジアミンからのポリアミド、
− テレフタル酸/イソフタル酸と1,6−ヘキサメチレンジアミンとからなる、場合により4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタンとの混合物における混合物からのコポリアミド、
− テレフタル酸及び/又はイソフタル酸、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタン及びラウリンラクタムもしくはカプロラクタムからのコポリアミド、
− 1,12−ドデカン二酸もしくはセバシン酸、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタン及び場合によりラウリンラクタムもしくはカプロラクタムからの(コ)ポリアミド、
− イソフタル酸、4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタン及びラウリンラクタムもしくはカプロラクタムからのコポリアミド、
− 1,12−ドデカン二酸と、4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタン(低いトランス,トランス異性体割合で)とからのポリアミド、
− テレフタル酸及び/又はイソフタル酸と、アルキル置換されたビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン同族体とからの、場合によりヘキサメチレンジアミンとの混合物での(コ)ポリアミド、
− ビス(4−アミノ−3−メチル−5−エチル−シクロヘキシル)メタンと場合により一緒の更なるジアミンと、イソフタル酸と場合により一緒の更なるジカルボン酸とからなるコポリアミド、
− m−キシリレンジアミン及び更なるジアミン、例えばヘキサメチレンジアミンと、イソフタル酸と場合により一緒の更なるジカルボン酸、例えばテレフタル酸及び/又は2,6−ナフタリンジカルボン酸などのジカルボン酸との混合物からのコポリアミド、
− ビス(4−アミノ−シクロヘキシル)メタン及びビス(4−アミノ−3−メチル−シクロヘキシル)メタンと、8〜14個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸との混合物からのコポリアミド、並びに
− 1,14−テトラデカン二酸と、芳香族の、芳香脂肪族のもしくは脂環式のジアミンとを含む混合物からのポリアミドもしくはコポリアミド
である。
これらの例は、更なる成分(例えばカプロラクタム、ラウリンラクタム又はジアミン/ジカルボン酸の組み合わせ)を添加することによって又は出発成分を別の成分に部分的にもしくは完全に置き換えることによって非常に広範囲に変更することができる。
ポリエーテルエステルアミドは、例えばDE−A−2523991号及びDE−A−2712987号から公知であり、それらは、コモノマーとしてポリエーテルジオールを含む。ポリエーテルアミドは、例えばDE−A−3006961号から公知であり、それらは、コモノマーとしてポリエーテルジアミンを含む。
ポリエーテルジオールもしくはポリエーテルジアミンでは、そのポリエーテル単位は、例えば1,2−エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール又は1,3−ブタンジオールを基礎としうる。ポリエーテル単位は、また混合型の構成であってもよく、例えばジオールに由来する単位のランダム分布もしくはブロック状分布で構成されていてよい。ポリエーテルジオールもしくはポリエーテルジアミンのモル質量の質量平均は、200〜5000g/モル、好ましくは400〜3000g/モルであり、そのポリエーテルエステルアミドもしくはポリエーテルアミドの割合は、好ましくは4〜60質量%、特に好ましくは10〜50質量%である。好適なポリエーテルジアミンは、相応のポリエーテルジオールを、還元的アミノ化又はアクリルニトリルへのカップリングと引き続いての水素化によって転化させることによって得られ、それらは、例えばHuntsman Corp.によるJEFFAMIN(登録商標)D型もしくはED型又はELASTAMINE(登録商標)型の形で、又はBASF SEによるポリエーテルアミンDシリーズの形で市販されている。より少量で、ポリエーテルトリアミンを一緒に使用してもよく、例えば分枝鎖状のポリエーテルアミドが使用されるべき場合にはJEFFAMIN(登録商標)T型のものを使用してよい。好ましくは、ポリエーテルジアミンもしくはポリエーテルトリアミンであって、エーテル酸素原子1個当たりに平均して少なくとも2.3個の炭素原子が鎖中に含まれるものが使用される。本発明によれば、ポリエーテルアミドが、より良好な耐加水分解性のため好ましい。
前記a)の層の成形材料は、上述のポリアミドの1つを又は複数を混合物として含んでよい。更に、成形材料の全ポリマー割合に対して、40質量%までは、別の熱可塑性樹脂、例えば衝撃強さを与えるゴムが含まれていてよい。場合により含まれるゴムは、好ましくは、技術水準に相応して、ポリアミドマトリクスとの相容性が得られる官能基を含む。更に、ポリアミドについて慣用の助剤及び添加剤、特に光安定剤及び/又は熱安定剤が含まれていてよい。光反射性の充填剤は、前記a)の層の熱可塑性樹脂分の反射能よりも高い反射能を有するあらゆる充填剤であってよい;それは、特に二酸化チタンである(WO2011066595号)。
前記b)の層の成形材料は、熱可塑性樹脂として、例えばポリアミド、ポリオレフィン及び/又はポリエステルを含有してよい。更に、慣用の助剤及び添加剤、特に光安定剤及び/又は熱安定剤、光反射性の充填剤、例えば二酸化チタンなどの充填剤並びに補強性充填剤、例えばガラス繊維、ウォラストナイトもしくは雲母などの充填剤が含まれていてよい。
前記c)の層の成形材料のためには、前記a)の層の成形材料と同じものが当てはまり、同様に充填剤に関しては、前記b)の層の成形材料と同じものが当てはまる。更に、前記c)の層の成形材料は、着色されていてよく、かつ/又は艶消し剤を有してよい。
個々のシート層は、3層の実施形態においては、一般に以下の厚さを有する:
・ 前記a)の層と前記c)の層: 15〜100μm、好ましくは25〜50μm
・ 前記b)の層: 100〜500μm、好ましくは150〜400μm
2層の実施形態においては、その層厚は、一般に以下のとおりである:
・ 前記a)の層: 15〜100μm、好ましくは25〜50μm
・ 前記c)の層: 100〜500μm、好ましくは150〜400μm
場合により、前記a)とb)の層間に及び/又は前記b)とc)の層間に存在する付着媒介層は、一般に、3〜40μm、好ましくは5〜25μmの厚さである。
本発明により使用される多層シートは、先行技術のあらゆる方法、例えば同時押出又は積層によって製造することができる。
本発明の対象は、また、光起電力モジュールの裏面カバーとしての特許請求の範囲に記載されるシートの使用である。このためには、前記a)の層は、太陽電池が埋め込まれているシール層と、例えば積層又は接着によって結合される。前記a)の層中のポリアミドもしくはポリアミドエラストマーの割合のため、積層に際して、該シール層に対して良好な付着性が得られる。シール層としては、先行技術により一般に用いられているあらゆる材料を使用できる。
更に、本発明の対象は、特許請求の範囲の多層シートを裏面カバーとして含む光起電力モジュールであって、前記a)の層が、ソーラーセルが埋め込まれているシール層と結合されている前記モジュールである。
本発明を以下で例示的に詳説する。このために、以下の成形材料を製造した。その際、"部"は、常に質量部である。
外側層のためのコンパウンド1
79.25部のVESTAMID(登録商標)L1901 nf(PA12)と、0.5部のIRGANOX(登録商標)1098(立体障害フェノール系酸化防止剤)と、0.2部のTINUVIN(登録商標)312(紫外線吸収剤)と、20部の二酸化チタンSachtleben R 420とを、二軸押出機(Coperion Werner&Pfleiderer ZSK 25 WLE,36 L/D)を用いて220℃のシリンダ温度で混合した。ストランドを、水浴を用いて冷却し、そして切断し、その造粒物を、引き続き80℃で循環空気炉において12時間にわたり乾燥させた。
外側層のためのコンパウンド2
71.75部のVESTAMID(登録商標)L1901 nfと、7.5部のポリエーテルエステルアミド(63.796質量%のラウリンラクタムと、6.645質量%のドデカン二酸と、29.492質量%のPTHF 1000と、0.067質量%の次亜リン酸(50%)とから製造される)と、0.5部のIRGANOX(登録商標)1098と、0.2部のTINUVIN(登録商標)312と、20部の二酸化チタンSachtleben R 420とを、二軸押出機(Coperion Werner&Pfleiderer ZSK 25 WLE,36 L/D)を用いて220℃のシリンダ温度で混合した。ストランドを、水浴を用いて冷却し、そして切断し、その造粒物を、引き続き80℃で循環空気炉において12時間にわたり乾燥させた。
外側層のためのコンパウンド3
64.25部のVESTAMID(登録商標)L1901 nfと、15部の、コンパウンド2のときと同じポリエーテルエステルアミドと、0.5部のIRGANOX(登録商標)1098と、0.2部のTINUVIN(登録商標)312と、20部の二酸化チタンSachtleben R 420とを、二軸押出機(Coperion Werner&Pfleiderer ZSK 25 WLE,36 L/D)を用いて220℃のシリンダ温度で混合した。ストランドを、水浴を用いて冷却し、そして切断し、その造粒物を、引き続き80℃で循環空気炉において12時間にわたり乾燥させた。
中間層のためのコンパウンド4
50.6部のVESTAMID(登録商標)L1901と、26部のMOPLEN HP552L(ホモポリプロピレン、押出型)と、20部のカオリンTEC 110と、3部のKRATON(登録商標)FG1901(無水マレイン酸で変性されたスチレン−エチレン/ブチレン−ブロックコポリマー)と、0.4部のIRGANOX(登録商標)1098とを、二軸押出機(Coperion Werner&Pfleiderer ZSK 25 WLE,36 L/D)を用いて200℃のシリンダ温度で混合した。ストランドを、水浴を用いて冷却し、そして切断し、その造粒物を、引き続き80℃で循環空気炉において12時間にわたり乾燥させた。
3層シートの押出
Collin社製の多層シート装置(幅広スリットノズル300mm、ギャップ0〜6mm、3層シートもしくは5層シートのための同時押出フィードブロック)を用いて、約230℃の加工温度で、3層シートを製造した。中間層は、250μmに調整し、外側層は、それぞれ50μmに調整した。結果は、第1表中に示されている。
第1表: 例
Figure 0006180096
改善された顔料分散性は、本発明により改善された反射性の形で現れる。

Claims (12)

  1. 以下の層:
    a)成形材料からなる第一の外側層であって、該成形材料が、
    I. 少なくとも35質量%のポリアミド割合と、
    II. 1〜65質量%の光反射性の充填剤割合と、
    を含む前記層と、
    c)成形材料からなる第二の外側層であって、該成形材料が、
    I. 少なくとも35質量%のポリアミド割合と、
    II. 1〜65質量%の充填剤割合と、
    を有する前記層と、
    (前記のパーセント表記は、それぞれ全成形材料に対するものである)を有する、光起電力モジュールの裏面カバーとして用いるためのシートにおいて、
    前記a)の層の成形材料において、及び/又は前記c)の層の成形材料において、ポリアミド成分の1つとして、ポリエーテルエステルアミド及びポリエーテルアミドから選択されるポリアミドエラストマーを、前記a)の層の成形材料及び/又は前記c)の層の成形材料が、1〜25質量%のポリアミドエラストマーを含有するように使用することを特徴とする前記シート。
  2. 前記a)の層の成形材料及び/又は前記c)の層の成形材料が、2〜20質量%のポリアミドエラストマーを含有することを特徴とする、請求項1に記載のシート。
  3. ポリアミドエラストマーがポリエーテルアミドであることを特徴とする、請求項1又は2に記載のシート。
  4. 前記a)とc)の層間に、以下の層:
    b)熱可塑性の成形材料からなる中間層
    が存在することを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載のシート。
  5. 前記a)とb)の層間に及び/又は前記b)とc)の層間に、付着媒介層が存在することを特徴とする、請求項4に記載のシート。
  6. 前記a)の層と前記c)の層とが、直接順次連続していることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載のシート。
  7. 請求項4又は5に記載のシートであって、
    − 前記a)の層と前記c)の層が、15〜100μmの厚さを有し、かつ
    − 前記b)の層が、100〜500μmの厚さを有することを特徴とする、前記シート。
  8. 1もしくは複数の付着媒介層は、それぞれ3〜40μmの厚さであることを特徴とする、請求項5又は7に記載のシート。
  9. 請求項6に記載のシートであって、
    − 前記a)の層が、15〜100μmの厚さを有し、かつ
    − 前記c)の層が、100〜500μmの厚さを有することを特徴とする、前記シート。
  10. 光反射性の充填剤が、二酸化チタンであることを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載のシート。
  11. 請求項1から10までのいずれか1項に記載のシートを、光起電力モジュールの裏面カバーとして用いる使用であって、前記a)の層が、ソーラーセルが埋め込まれているシール層と結合される前記使用。
  12. 請求項1から10までのいずれか1項に記載のシートを裏面カバーとして含む光起電力モジュールであって、前記a)の層が、ソーラーセルが埋め込まれているシール層と結合されている前記モジュール。
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